检测与技术2传感器.ppt

《检测与技术2传感器.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二篇传感器原理《检测技术及仪表》唐山学院•信息工程系第一章电阻应变传感器《检测技术及仪表》唐山学院•信息工程系《检测技术及仪表》唐山学院•信息工程系教学目标：1.通过对本章的学习，掌握金属应变片传感器构成原理及特点2.通过对电阻应变片测量桥路的分析，掌握测量电桥的结构、形式、特点及相关的测量计算。《检测技术及仪表》唐山学院•信息工程系补充:弹性敏感元件1.轴向应变：εl=ΔL/L（微应变、毫应变）2.横向应变：εr=Δd/d3.泊松系数：-μ=εl/εr（当应力未超过一定限度时，泊松系数为常数）4.应力：σ=F/A（柱式弹性元件在远离端面的截面

2、上应力的分布是均匀的）5.虎克定律：σ=Eε（E为弹性模量，在弹性范围内，应变与应力有线性关系）《检测技术及仪表》唐山学院•信息工程系第一节基本知识1.理论推导：《检测技术及仪表》唐山学院•信息工程系式中K0为应变灵敏度系数，由两部分组成：式中第一项中μ=-εl/εr，取决于导体的几何尺寸变化，对于给定材料是一常数。式中第二项取决于材料电阻率变化。对于金属导体而言，机械应变所引起的电阻率变化很小，可以忽略不计。金属丝电阻相对变化与轴向应变成正比。通常K0在1.8～3.6范围内。半导体电阻的受应力变化主要由电阻率变化引起的（压阻效应）。《检测技术

3、及仪表》唐山学院•信息工程系压阻效应：电阻率的变化率与应力成正比。由虎克定律：σ=Eε在应力作用下，半导体电阻的变化主要由压阻效应引起的，远大于第一项。《检测技术及仪表》唐山学院•信息工程系第二节金属应变片一、基本类型及构成材料：1.基本类型：1）丝式：线径0.012~0.05mm金属电阻丝绕成敏感栅。2）箔式：采用光刻技术刻成很薄的金属箔栅。3）薄膜式：厚度0.1μm以下。1—基底2—敏感栅3—盖层4—引线《检测技术及仪表》唐山学院•信息工程系2.构成材料：1）敏感栅：由金属细丝绕成栅形。应变片栅长大小关系到所测应变的准确度，应变片测得的应变大

4、小是应变片栅长和栅宽所在面积内的平均轴向应变量。对敏感栅的材料的要求：①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数；②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片；③电阻温度系数要小；④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强；⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度；⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材；⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。《检测技术及仪表》唐山学院•信息工程系2）基底和盖片：基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基底的全长称为基底长，其

5、宽度称为基底宽。资料：1）金属丝式应变片分为圆角线栅和直角线栅。圆角线栅是最常见的形式，制造的设备和技术都简单，但横向效应较直角线栅和箔式应变片大。线栅采用圆断面的康铜（或其他材料）制成，线材直径0.012~0.05mm（0.025最常用），电阻一般在100欧以上。直角线栅是数条线材平行放置，焊上大面积铜条，形成横向线和引线，减小横向效应的影响。其缺点是耐疲劳性能差。由于箔式应变片的出现而没有得到推广。《检测技术及仪表》唐山学院•信息工程系箔式应变片是在电子工程中印刷板电路和集成制造技术上发展的，是由轧制成厚度在0001~0.01mm（最薄的可达

6、0.00035mm）之间的金属箔片经光刻技术制成的，材料一般选用康铜、镍铬合金。制造时现在箔片的一面上涂上粘合剂并加热，使之固化成薄膜做基底，然后在箔片的另一面涂上光致抗蚀剂，在光线照射下，分子会发生化学反应而产生抗腐蚀的性能，保护其下面的金属材料。用光学投影的方法将预先绘制好的线栅图象投影到光致抗蚀剂的表面，然后用强酸将没有受到光线照射的金属箔腐蚀掉，最后在栅面涂保护层。亦有使用冲压的方法来制造箔式应变片的，适用于不能用光刻制造的材料。箔式应变片横向较粗，减少横向效应，焊接引线的位置较宽，避免截面积突然变化而折断。箔式线栅与粘合层的接触面积大，

7、能更好随同试件形变。《检测技术及仪表》唐山学院•信息工程系箔式优点：1）批量生产时电阻离散度小，可制成任意形状，纵向长度（基长）可以做的很小（最小的0.2mm），用于应变梯度大的场合。2）散热好、电流大3）横向效应小4）疲劳寿命长5）柔性好，可以贴在复杂的零件上。6）蠕变小7）在大批量生产的基础上价格便宜基于这些优点，逐渐取代丝式应变片。《检测技术及仪表》唐山学院•信息工程系二、主要特性参数：1.几何尺寸：栅长、栅宽、基长、基宽注：栅长（基）通常情况下为2~30毫米，箔式最小为0.2毫米，最长的达100毫米或更长，基长相对于基宽较小时会增加横向效

8、应，应变传递性能差，粘贴困难，一般不用基长过小的应变片，除非是应变梯度大的场合。栅宽（基）以较小为佳，能使应变片的整体尺寸减少，但会使电